专利名称：一种混粉准干式电火花表面强化方法
技术领域：
本发明涉及一种特种加工技术领域的表面强化方法，具体地说，是一种混粉准干式电火花表面强化方法。
背景技术：
电火花表面强化是电火花微细加工领域重要的延伸和拓展。传统的火花放电加工在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。油类工作液有味、 容易燃烧，加工时高温分解产生的烟气很大，对大气污染严重；水基工作液易锈蚀机床、蚀除量少、加工效率低。因此，寻找一种工作性能优良而环保的新型火花放电工作介质一直是研究工作者努力的目标。日本学者成功地实现了气中电火花加工，突破了电火花加工只能在液体介质中进行的认识。国枝正典对此加工方式进行了深入研究并取得了一定的成果。 张勤河第一次把超声振动引入到气中放电加工技术中，克服了单纯气中放电加工中的易短路和加工效率低的问题。但是在气中放电强化合金存在着加工精度均性差、强化层较薄、表面粗糙度较差、生产率低等缺陷。而在液体中进行合金表面强化，工作液的气化、膨胀会对转移到合金表面的熔化工具电极材料有很强的冲刷作用，十分不利于强化沉积层的形成。 虽然经对现有技术的文献检索发现，研究者们研究出了气液、液固等新型混合两相工作介质。但是以上电火花表面强化主要依靠工具电极中的特定成分在放电过程中熔入合金工件表面，以实现对工件的表面强化。这就要求电火花表面强化时根据强化基体材料选择特定材料工具电极，而且仅依靠电极损耗的元素与基体材料中的某种元素反应生成的增强相数量及强化层厚度有限，强化效果不明显。本发明可以较好的解决上述电火花表面强化问题。雾状介质中可以混入多种强化粉术材料，放电产生的高温使熔融的电极材料、基体材料与足量的介质组元强化材料在基体表面发生原位自生反应生成多相增强体，提高工件表面力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，突破了以往的单一介质条件下，仅依靠电极损耗元素与基体中元素反应生成增强相的限制。混粉准干式介质是连续状气体、微细工作液滴及固体粉末强化材料的混合物。该技术可以在放电介质中同时混入多种强化粉末材料，放电产生的高温使熔融的电极材料、基体材料与足量的介质组元强化材料在基体表面发生原位自生反应，实现对合金基体的混杂强化。同时，准干式介质可以混入氩氦等惰性保护气体，以抑制氧化反应发生，更有利于获得高质量的钛合金强化层，再者，准干式介质可以减少废弃液体排放量，避免火灾隐患，实现绿色加工。综上所述，准干式雾状微量介质表面强化钛合金是一项很有应用意义的表面处理技术。本发明包括以下三步骤液体中混入固体强化材料、产生准干式雾状介质、表面强化。1.液体中混入固体强化材料
在液体中加入固体强化粉术材料，利用搅拌装置将其搅拌并使固体材料在液体中处于悬浮均勻分布状态。2.产生准干式介质采用专用介质产生装置将混入固体强化材料的工作液体和气体混合，得到准干式介质，作为电火花表面强化的工作介质。3.表面强化气液固三相准干式介质经专用喷嘴输入工具电极和工件之间的间隙，固体粉末强化材料粘附在工件表面，电极放电产生的高温使工件基体材料与粉末强化材料熔融并发生原位自生反应，从而实现对工件表面的混杂强化。所述液体为电火花加工煤油、去离子水或乳化液，液体压强范围为0. lMPa-3MPa ；所述气体为空气、氮气或其他气体，供气压力为0_2MPa ；所述固体粉术强化材料为碳粉或其他粒度小于50 μ m的微细粉末；所述粉术在液体中浓度为20_100g/L ；所述气液固混合物喷出流量为10-50ml/min。本发明提供了一种混粉准干式电火花表面强化技术。本发明的优点在于增强层与基体结合较好、工件表面力学性能显著提高、强化层成分及组织易控制。同时，准干式电火花强化可以减少废弃液体介质排放量，避免火灾隐患，实现绿色加工。
具体实施例方式具体实施方式
一一液体中混入固体强化材料。在液体中加入固体强化粉末材料，利用搅拌装置将其搅拌并使固体材料在液体中处于悬浮均勻分布状态。液体为去离子水，粉末是碳粉，粒度为38μπι，浓度为30g/L，固液混合喷出流量为20ml/min。二产生准干式介质。采用专用介质产生装置将混入固体强化材料的工作液体和气体混合均勻，得到准干式介质，作为电火花表面强化的工作介质。液体压强为0. 65MPa，气体压强为0. 2MPa。三表面强化。气液固三相准干式介质经专用喷嘴输入工具电极和工件之间的间隙，固体粉末强化材料粘附在工件表面，电极放电产生的高温使工件基体材料与粉末强化材料熔融并发生原位自生反应，从而实现对工件表面的混杂强化。加工极性为负极性，脉宽为50 μ s，脉间为50 μ s，电流11Α， 伺服电压120V，工件材料为TC4钛合金，电极材料为石墨，工具电极距离工件的放电加工间隙小于100 μ m。本实施方式制得的TC4钛合金表面形成了一层均勻的团絮粒状强化层，厚度 70 μ m左右，表面硬度测试其值为486. 3HV。比未经表面强化的TC4钛合金表面硬度411. 5HV 提高74. 8HV，涨幅为18.2%。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤三中的工件材料为H13钢，其他步骤与参数与具体实施方式
一相同。本实施方式制得的H13钢表面强化层厚度为40 μ m左右，表面硬度测试其值为 497HV。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中固体颗粒浓度为50g/L，强化工件仍为TC4钛合金，其他步骤与参数与具体实施方式
相同。
本实施方式制得的TC4钛合金表面强化层厚度为85 μ m左右，表面硬度测试其值为 501. 5HV。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤三中脉宽为 100 μ s,电流为15Α，强化工件仍为TC4钛合金，其他步骤与参数与具体实施方式
一相同。本实施方式制得的TC4钛合金表面强化层厚度为100 μ m左右，表面硬度测试其值为 490HV。
权利要求
1.一种混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，包括以下步骤(1)液体中混入固体强化材料在液体中加入固体强化粉末材料，利用搅拌装置将其搅拌并使固体材料在液体中处于悬浮均勻分布状态。(2)产生准干式介质采用专用介质产生装置将混入固体强化材料的工作液体和气体混合，得到准干式介质，作为电火花表面强化的工作介质。(3)表面强化气液固三相准干式介质经专用喷嘴输入工具电极和工件之间的间隙， 固体粉末强化材料粘附在工件表面，电极放电产生的高温使工件基体材料与粉末强化材料熔融并发生原位自生反应，从而实现对工件表面的混杂强化。
2.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，所述液体为电火花加工煤油、去离子水或乳化液，液体压强范围为0. lMPa-3MPa0
3.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，所述气体为空气、氮气或其他气体，供气压力为0-2MPa。
4.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，所述固体粉末强化材料为碳粉或碳化硅粉或其他粒度小于50 μ m的微细粉末。
5.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，所述粉末在液体中浓度为20-100g/L。
6.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，所述气液固混合物喷出流量为10-50ml/min。
7.根据权利要求1所述的混粉准干式电火花表面强化方法，其特征在于，准干式工作介质是气体、液体和固体强化材料的混合物。
全文摘要
一种混粉准干式电火花表面强化方法，属于特种加工技术领域。本发明是在进行电火花强化工件表面时，在工件和工具电极之间使用混入固体强化材料的准干式介质作为工作介质来进行放电强化，使基体材料与足量的强化材料发生原位自生反应，从而实现对合金基体的混杂强化。本发明具有增强层与基体结合较好、表面力学性能提高显著、强化层成分及组织易控制等优点。同时，本发明可以减少废弃液体介质排放量，避免火灾隐患，符合绿色制造的要求。
文档编号C23C12/00GK102560327SQ20111030859
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者余建宏, 李敏, 杨慧, 蔡兰蓉 申请人:天津职业技术师范大学